Principia张子光：应用于TetraSpar 示范项目的漂浮式风电创新设计方法

2020年10月14日-16日，2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一，这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会，再次登陆北京，本届大会以“引领绿色复苏，构筑更好未来”为主题，聚焦中国能源革命的未来。能见App全程直播本次大会。

在15日下午召开的学术发布会上，Principia张子光作为代表发言。

以下为发言实录：

张子光：非常感谢，很高兴今天能站在这看到很多老朋友还有很朋友大家都会聚在这，分享关于市场关于技术方面的心得，还有一些新的趋势的介绍。

今天我们想讲的主要是关于漂浮式风电的。因为漂浮式风电在咱们国内现在是非常火的，不仅在国内，在全世界都是一个非常火的话题，因为它代表了一个未来的新的趋势。但是这一块对技术含量要求非常高，对技术方面的挑战非常大。在中国想要开展类似的项目，最好借鉴一些国外的经验，这样我们跟我们的合作伙伴法国的一个公司一起为中国提供相关的服务，是一家经验非常丰富的公司，从事了数个漂浮式风电的设计工作，所以今天是由他的公司的首席的工程师主要做一体化仿真给我们介绍一下项目工程的方法，希望对大家，尤其对工程技术人员有一些启发。

Bertrand Auriac：大家好，非常感谢大家莅临本次介绍，我是来自PRINCIPIA公司的Bertrand Auriac，接下来将要介绍的是在TetraSpar漂浮式风电示范项目中应用的创新性设计，本次介绍资料是由我与Sliesdal Offshore Technologies公司的Michael Borg先生共同准备的。

PRINCIPIA是一个在全球拥有120多名员工的杜立德工程与咨询服务公司，公司的办公地点主要位于法国拉西奥塔和马来西亚吉隆坡，主要专业领域是油气以及海洋可再生能源行业。在中国PRINCIPIA与安元易如国际科技发展有限公司建立了伙伴关系，同时也是DeepLines Wind软件的开发者，DeepLines Wind软件是一款针对海上漂浮式及固定式风电的一体化载荷分析软件，该软件也被船级社用来对正在开发中的漂浮式风电项目进行评级和认证。在海上风电行业，PRINCIPIA的主要业务领域是风场场地筛选，技术选型，度电成本评估以及工程承包，工作范围能够涵盖从概念阶段到详细阶段的分析和设计，PRINCIPIA所参与的重点海上漂浮式风电项目包括苏格兰的Hywind项目，法国的GBI项目，挪威的TetraSpar示范性项目，S2VAWT项目以及苏格兰的DOUNREAY HEXICON项目。

TetraSpar项目是由Sliesdal Offshore Technologies公司参与的带有下部配重的基础概念设计项目，该项目的第一阶段在2016年实施，并且当年初步验证了这个概念设计，第二阶段在2017年实施，当年进行了水池试验并验证了这个概念设计。当前项目处于第三与第四阶段中，包括样机的完整设计以及在挪威沿海安装、以验证设计理论以及浮体结构。

如同我上面的表达，该项目浮体是SOT公司设计，将用于支撑叶轮直径130米的西门子3.6MW的海上风机，整体的制造正在按计划进行，安装工作原计划于2020年夏天进行，但由于疫情原因已推迟至2021年进行，其中浮体的承包商为Welcon公司。

PRINCIPIA在TetraSpar项目中的工作范围可以分为五个方面，第一步是初步的HPC计算循环，其中包括1500个DLC的计算约2000个仿真，使用通用型的风机控制器可以对浮体和系泊设计在最大极限和疲劳工况下进行初步的验证，该步骤同时也可以对整体结构、如浮体、系泊、动态电缆等相关的全部载荷工况进行选取，使用这些设计载荷工况，对疲劳状况进行初步的评估，同时也使用耦合的总体布局结构分析方法，对非标准结构连接进行检验。系泊系统同时也可以进行优化，最后使用第一次循环的载荷工况结果，可以对动态电缆进行检验，一旦系统内部各部分完成优化，最终轮次的高性能计算将会进行，并同时使用调整过的西门子风机控制器进行计算，这一次的重新计算也会在极限工况和疲劳工况下对系泊系统设计以及浮体结构的检验进行确认。

本项目的核心在DeepLines Wind软件中建立的完整模型，在DeepLines Wind软件的用户图形界面中设计方可以对系统的各个部分进行建模，从风机到系泊系统均可建为可变形梁单元，风机（特别是叶片与塔筒）、浮体、下部配种结构、悬链线等等均可建为满足气动-水动力耦合激振的可变形梁单元。这使得使用者可以针对不同海况进行时域分析，也可以在用户图形截面中直接对位移与载荷进行处理，并进行疲劳分析以及不同标准下的结构验证。

此类的时域分析比较耗时，而且目前来看大部分的船级社如DNV、BV均需要大量的载荷工况计算来验证浮体与海上风机基础的设计，因此为了处理在时域分析上时间耗费以及大量的DLC计算，PRINCIPIA与Sliesdal Offshore Technologies决定使用高性能计算的方法来进行一体化载荷分析，使用高性能计算功能进行2000个仿真，意味着全部的仿真使用200个虚拟主机并进行计算，这将使得全部的计算在一周时间内完成，这种使用高性能计算进行一体化载荷分析的方法归功于与微软公司的合作，能够促进并且优化在AZURE云平台上对高性能计算机解决方案的改进。

PRINCIPIA同时也参与了系泊的优化，系泊布置需要考虑环境因素如风浪流的影响，系泊也使用整体质量和人工合成系泊线来降低结构尺寸的方法来优化，此设计的创新点在于从项目的早期阶段，PRINCIPIA和Sliesdal Offshore Technologies就与工程总承包商BOURBON和系泊供应商VARHOF紧密合作，使得系泊系统可以便于供应和现场安装，同时在首轮设计周期中降低仿真循环的次数。

最后对浮体的结构进行了分析，在DeepLines Wind软件中国，设计者能直接进行规范校核，对最大极限载荷下的部件进行利用率评估，并对标准部件进行疲劳分析以进行损伤评估，对其他非标准部件，如屏幕右侧所示，我们开发了一个创新性的整体/局部结构耦合系统，通过与Sliesdal Offshore Technologies和Welcon公司合作，通过使用高性能计算得到的一体化载荷分析的结果，降低在疲劳损伤评估上的保守性。因此现在我们可以认为，数字仿真软件和分析工具已经可以用于商业化海上漂浮式风电项目的部署，并可以推广至更大规模，仿真软件如DeepLines Wind等已经通过了水池实验的验证，待这些试点风电场反馈可用的数据后，软件将会得到更精确的校正。IT工具也允许设计者在有限的时间内，运行多个载荷工况以满足各船级社的要求，如在一周内进行2000个仿真。

感谢大家的关注，再会。

（根据速记整理，未经本人审核）